基于PLC的换热控制系统

本科生毕业论文（设计）题目：基于PLC的换热控制系统姓名：系别：专业：年级：学号：指导教师：职称：年月日基于PLC的换热控制系统PAGEIV基于PLC的换热控制系统[摘要]在许多北方地区,城市供暖方式大多都为集中供热,这需要消耗大量的能源在冬季供暖上,若无法恰当处理将会产生严重的能源浪费以及环境污染。换热站是集中供热系统中最为关键的环节之一,具有承上启下的作用,从而实现换热站的智能化自动控制,对于节能降耗、降低环境污染及节约人力资源来说，都有着非常重要的意义。本文主要应用PLC控制技术，实现对换热系统的智能化自动控制。在分析了换热站构成和换热系统控制机理的前提下,进行了基于PLC的换热系统的总体设计优化和实物模拟。[关键词]节能降耗自动控制PLC换热系统HeatexchangecontrolsystembasedonPLC[Abstract]Inmanynortherncities,mostoftheurbanheatingmethodsarecentralheating,whichrequiresalargeamountofenergyinthewinterheating,ifnotproperlyhandledwillproduceaseriouswasteofenergyandenvironmentalpollution.Heatexchangestationisthecentralheatingsystemintheoneofthekeylinks,withaconnectinglinkbetweentheprecedingandthefollowing,inordertoachievechangestationintelligentautomaticcontrol,forsavingenergyandreducingconsumption,reduceenvironmentalpollutionandsavethehumanresourcesfor,haveaveryimportantsignificance.Inthispaper,theapplicationofPLCcontroltechnology,intelligentautomaticcontrolsystemofheatexchanger.Ontheanalysisoftheheatexchangestationstructureandheatexchangesystemcontrolmechanismofthepremise,basedonPLCforthermalsystemofoveralloptimizationdesignandphysicalsimulation.[Keywords]EnergySaving,Auto-Control,PLC,Heatexchangesystem目录引言 1第1章绪论 21.1项目研究的背景及意义 21.1.1项目研究的背景 21.1.2项目研究的意义 21.2国内集中供暖发展概况及前景 21.3课题内容 3第2章PLC换热控制系统的总体设计 52.1PLC换热控制系统的基本构建 52.1.1换热的控制机理 52.1.2换热控制系统的构成 52.2换热控制系统工艺流程 6第3章PLC换热系统的总体方案设计 83.1系统功能及技术指标要求 83.1.1换热系统的功能 83.1.2系统控制指标要求 83.2总体方案设计 8第4章系统的硬件设计与研究 104.1系统硬件的选型 104.1.1控制器及其扩展模块的选型 104.1.2执行器的选型 114.1.3传感器的选型 124.1.4开关电源选择 124.1.5变频器的选择 134.2硬件资源分配 134.3系统电气部分设计 144.3.1系统人机交互控制面板 144.3.2主电路原理图设计 144.3.3PLC输入输出原理图设计 16第5章系统软件设计 175.1PLC编程软件介绍 175.2PLC系统的控制流程 18第6章模拟实物的调试与运行 226.1模拟实物的调试 226.2各级电路参数测试 226.3系统运行 22结论 23致谢语 24参考文献 25附录1 26附录2 29PAGE38引言换热站的自动控制技术在二十一世纪后才有了较快的发展,尤其在近几年,随着政府越来越高的对于低碳、环保、节能的要求,民众的环保意识不断增强,换热站越来越广泛地被应用在城市供热中,它有着节约能源,占地面积小,易于操控,噪音小,节省资金投入等许多优点。既要保证供热质量,又要提高供热效率是我们对于目前供热的需求。在供热面积不断扩大的同时,技术、工艺、设备、施工以及管理模式也同时需要与时俱进和不断创新,加快科技成果转化和应用在现实生活生产中的速度,为我国经济快速发展和创建环境友好型社会做出贡献。我国北方地区从传统的分散供热转换为集中供热是城市建设现代化的重要标志之一,这一转换对于降低能源消耗、减少环境污染,提高经济和社会效益有着很大的帮助。通常大型集中供热网采取的都是间联式供热网,高温水由热源提供经换热器送至各个热用户。通常每个城市都会有若干个区域供热网,每一个区域供热网有几十或者上百个换热站。换热站在热源和热用户之间起着重要的连结作用,其供热品质的优劣对于改善热网的水力热力工况和提高供热质量有无法取代的作用。随着我国集中供热事业的不断扩大,运行管理的操作人员也将越来越多,供热成本必将大大增加。与此同时,人们对居住环境舒适度要求的提高和环境保护意识的增强对供热技术的改革创新起着决定性的激励作用。换热站的未来发展趋势是:供热系统向智能化自动控制发展；换热站的设备可以安全可靠运行,且无需备用设备，能够实现全面机组化；配备可靠的无线传输系统及监控设备,能够实现全自动化，无需人员值守；供热需求满足节能性、安全性、舒适性、经济性四大性能。所以对于换热控制技术的研究和自控技术的进步，对于我国的能源可持续发展策略及构建环境友好型社会有着重大的意义。接下来文章主要写了着手从换热的原理开始进行分析，然后对换热控制系统进行总体设计的整个过程。第1章绪论1.1项目研究的背景及意义1.1.1项目研究的背景随着我国工业化程度的提高和现代化的高度发展,与之相应的发展策略的转换刻不容缓。能源利用的有效是要实现可持续发展的首要关键,能源节约、能源结构的调整、新能源的开发是中国走能源可持续发展道路的必然选择。目前我国节能方面的工作分为两部分,一是对于新能源的开发,二是固有能源利用的高效化。其中，作为节约能源的主流设备,换热器(heatexchanger)能够实现将热流体的部分热量传递给冷流体,在换热系统中实现余热的回收及再利用[1]。现在的换热站内部设备较为简单清晰，主要分为两大块，其中一块是采暖系统，另一块是民用生活系统。就我国而言，换热站基本上没有民用热水设施。在国内，很多换热站虽然近些年取得了非常大的发展和进步，但是还没有完全实现智能化和自动化作业，还需要一定的人，并且造成了一定的环境污染。为此，还需要我们不断研究，以提升它的工作效能，尽快实现换热站工作的网络化、自动化、智能化和环保化。1.1.2项目研究的意义现在人们对供暖的需求变得越来越重要，随着自动化技术水平的不断提升，供热方式也在不断向前发展。供热方式正逐步由集中供热替换以往的分散供热替换，以改善城市环境、节约能源等。在北方的冬季，取暖是正常生活的必要条件，而以往的供热存在很严重的环境污染、能源浪费等问题。集中供热这种供热方式正逐渐被人们认识和推广。我国北方城市目前集中供暖规模日趋鹿大,随着供热面积的不断增加,建筑能耗也呈现比较高的增长态势,这对供热企业的效益造成极大的挑战。因此,通过自动化的方式对热网进行调控就成为了同时解决上述两个难题的有效途径。通过热网的自动化控制系统,可以及时的掌握换热站的运行工况,并实现按需供热。在供热过程中,有很多人为或非人为的因素影响供热的正常运行,比如热源流量、压力、温度的变化,外界气温的变化等因素都会影响供暖系统的运行。面对如此多变量的热网变化,单靠运行人员是难以及时获取变化情况并进行处理的。通过热网自动化监控系统,运行人员不仅能够在第一时间掌握热网运行工况的变化情况,并且可根据设定好的控制策略积极应对外界环境及负荷变化改变而带来的供热温度的调整。因此,热网自动化监控系统不仅时时刻刻监视着热网的运行参数,还肩负了热网输配平衡的作用,降低了人力、物力及能源的浪费。1.2国内集中供暖发展概况及前景我国城市集中供暖真正起步是在50年代开始的，虽然我国这些年来集中供暖事业取得了迅速发展，但是和国外相比，我国目前采暖系统相当落后，具体体现在供暖质量差，即室温冷热不均，系统效率低下。在供热基础设施建设水平,工程质量、人员素质及监控系统等方面都亟待提高。目前，在国内的控制模式分为热源和热网两大部分。热网部分要保证热量的均匀分配，实现各换热站供热效果一致。热网总需热量必须通过对热负荷的动态预测得到，热源部分是通过直接调节来实现的。各热力站之间的热量分配，通常是通过各站独立的控制单元具体操作实现的。一般根据室外温度确定二次侧供水温度值，再通过改变温控阀调节一次侧的热流量，来保证二次侧供水温度值保持在设定值。为保证工作稳定、温控阀的动作准确性，以及避免受一次网的压力波动所造成的冲击，需要增加一个自力式压差流量调节阀，把温控阀两端的压差控制为恒定值。一般情况下，如果热源供热充分，每个热力站都能通过自身的自动调节满足热负荷的要求变化。当出现热源供热不足的情况，各站的最大流量就会被自力式压差流量调节阀所限制，从而限制各站用热量，起到均匀分摊热量不足的作用。城市供暖系统在我国很多地区的冬季逐渐被越来越多地采用，由于矿物质资源是一种不可再生资源，换热效率的提高对于城市供暖系统来说变得越发关键。传统换热系统大都采用人工管理的方式，存在着需要大量人力资源、难以监控事故、热力不平衡、能源消耗严重等种种弊端。因此对控制系统进行优化设计，减少城市供暖系统的能源消耗、提高智能化程度和系统运行效率变得尤为重要。设计将可编程逻辑控制器(programmablelogiccontroller，简称PLC)引入到设计中，以及采用人机界面(humanmachineinterface，简称HMI)等先进自控设备，提供BA接口，可以实现远程智能化控制、提升系统运行效率、减少运行所需成本。与此同时,我国城市化进程以前所未有的速度推进,面对不断增加的供热面积需求和节能减排压力的双重矛盾,热源供应捉襟见肘。在二次网方面,由于建设和维护水平的限制,二次网系统不平衡问题突出。在供热过程中有些小区及室内湿度过高,而有些地区室内温度无法满足国家规定的18℃标准，为了使所有用户室温达标,运行人员往往采用増大一次网流量的方式来提高二次供水温度。1.3课题内容本研究课题的主要内容和要求就是通过对PLC控制系统和换热系统进行结合设计。不仅能够实现热能的循环还能实现PLC控制，另外还能实现实时的动态画面监控及问题反馈报警等功能。1.课题设计的基本要求（1）系统整体组成、系统元器件选择。（2）系统软硬件设计。（3）系统综合调试和技术总结。2.课题研究的主要研究办法、步骤和措施（1）首先查阅网上和图书馆的资料，了解目前国内外的发展研究情况。（2）发挥互联网的优势和作用，利用计算机强大的功能，熟悉各类相关资料和总体设计要求。（3）根据课题设计要求，设计出硬件系统。并且实物加工完成。（4）利用PLC编程软件完成程序设计，并且充分利用学校的实验室，完成对程序的调试。3.课题研究结果（1）通过对网上和图书馆的资料进行总结，总体的了解了换热控制系统的发展情况和PLC的主要原理。（2）设计出了总体的硬件系统，如PLC外部接线图和总体电气设计图。（3）用PLC编程软件设计出了相应的系统程序，并且成功模拟仿真运行。（4）通过硬件和软件的综合调试，完成整个设计任务，使系统能够实现预期的目标。且让部分硬件和软件能够配套使用,能实现温度调控，智能换热和报警功能。（5）撰写和修改毕业设计论文，并按期参加答辩。第2章PLC换热控制系统的总体设计2.1PLC换热控制系统的基本构建2.1.1换热的控制机理换热系统的基本控制原理就是根据用户的数量及温度需求和回水压力的变化，自动控制调节阀的开度和循环泵、补水泵的转速，将系统控制在恒温恒压的环境中，同时对系统进行相关保护。1.二次供水温度的调节。根据当地气候的特征及供热对象的特点，得出一条室外温度条件和自然时间及二次供水温度之间的关系对应曲线，根据此曲线关系自动设置供水温度；按事先设定好的设定值保证供水温度在恒定情况下。二次供水温度控制回路图通过分析和检测二次供热系统的温度，计算出最适宜的供水温度，进而对一次管网进行流量调节，使得二次供水温度接近本身的设定值。在用户的需求量被系统满足的前提下，确保最佳工况。2.循环泵控制。回水温度的设定值与二次回水温度的差值决定了循环泵开启的多少和开启的大小。当二次回水温度比设定好的回水温度值低时，循环泵的开启量会增大；反之，则会减小。室外天气决定了回水温度的设定值，当天气冷时，回水温度设定值应该减小，这样能够使大部分热量充分留在用户里。程序本身设定了回水温度设定值与室外温度的关系曲线，回水温度设定值可以直接在人机界面上被定义。3.补水定压控制。通过比较回水管网上变压器的反馈值与内部设定值，对输出到补水泵电机的频率产生影响，而将出水压力始终维持在之前的设定值附近，避免了由于出水压力过大而导致管网的危险。对于一般的换热系统而言，温度的调节控制是要确保二次侧有一个供水温度预设定值始终恒定不变，换热器一次侧的电动调节阀是重要的控制元件，该阀门的作用主要是控制换热器一次网供热的流量。将供水温度的预设定值作为给定值，测量温度值作为反馈值，通常阀门的开度量为输出值，保证二次供水温度恒定不变。当换热器的二次供水温度值发生偏差时，系统会自动调节阀门开度的大小，进而对进入换热器一次热媒的流量进行改变，从而改变传送到换热器的热能，使换热器的二次供水温度保持在设定值附近[2]。2.1.2换热控制系统的构成从专业的角度来分析，换热站是与一次网与二次网相连接并装有与用户连接的相关设备、仪表和控制设备的机房，是实现供暖安全和供暖保障的重要元素，也可以调控和监管供热过程。换热站通常由汽水换热器组成的换热系统、循环水泵组成的循环系统、补水泵组成的补水系统构成。换热站的工作是非常严谨的，需要一定的科学技术和先进的理论作为指导，针对换热站的工作来说，它的构成系统主要包括三个方面，分别是测量仪表及变送器、执行机构和PLC和工控机。从换热站工作的角度分析，一个完整运行的换热站需要相关的控制系统硬件设备，主要包括换热器、循环泵、补水泵、变频器、流量计、水泵、进气阀、减压阀、自动排气阀、止回阀、温度表、压力表等[3]。系统总体方案设计思路集中供热系统的控制是一个系统较为复杂、程序较多的工程，操作起来有些繁琐，存在一定的难度。其由换热站控制柜和检测控制系统构成，控制柜具有循环水泵系统和补水系统的控制功能，有手动和自动运行模式，也有工频和变频运行模式。在这种工作状态下，系统方案的设计才是较为有效的。PLC可以根据室外温度传感器测量的室外温度对一次供汽量进行控制，以达到对二次供水温度进行控制的目的。这种监测能够实现数据的传输，然后系统根据传输的数据来调节供热的实际情况，以达到提高供热质量和有效性的目的。PLC通过压力传感器和变频器来控制二次供水的压力，当系统中一台水泵不能达到所要求的压力时，控制器可控制另一台备用泵用工频的方式来变频补水以达到目的，这样相互配合，即使有问题存在，也有一定的预案进行诱导工作。换热站的运行程序独立存在于其控制系统PLC内，能够脱离上位机监控管理软件而独立运行，其运行可以通过中央控制室上位机监控管理系统来观察并实施调整。在换热站的工作中，每一个结构和单元都是相互联系的，我们可以利用网络技术、计算机技术和通信系统对供热情况进行数据监测，并把它传给管理控制系统，同时接受监控管理软件进行的运行参数调整。2.2换热控制系统工艺流程集中供热是指用热水或蒸汽作为热介质，由一个或几个热源通过热网向城市、乡镇或其中某些区域的用户供应热能的方式。集中供热是介质主要以蒸汽、热水为主。其中热水介质根据水温的不同又可以分为高温循环水、低温循环水等，高温循环水一般在80℃左右，而低温循环水一般在60℃左右。目前集中供热是主流的发展方向，以间供站为主要控制对象。锅炉为一次网，小区的用户为二次网，热源（电厂）热网（一二次管网）热用户（小区和单位）连接处，即为换热站。间供站设备有板式换热器、循环泵、一二次线除污器、补水泵、水箱、各种计量表、控制阀门、温度测量设备等。间供站就是把热源产生的高温蒸汽传输到各个小区或单位里，又将蒸汽的热量传送到小区用户的管网中去，就像一个变压器，把高温蒸汽转换成七八十度的热水再供暖[4]。换热系统的工艺如图2-1所示。图2-1换热控制系统工艺图换热站和热水管网是连接热源和用户的纽带，在整个供热系统中起着中间桥梁的作用。热水管网又分为一次网与二次网，一次网是指连接与供热站与换热站之前的管网回路。二次网是指连接换热站与用户之间的管网回路。换热站是连接一次网与二次网的设备集成，并带有与用户连接的相关设备。它主要用于调整和保持热媒参数（温度、流量和压力）的量，使供热和用户用热源达到一种最优的安全经济运行。换热站是热量交换、热量分配以及系统监控、调节的枢纽，管理着整个换热系统。其系统的控制过程及结构原理如图2-2所示。图2-2系统的控制过程及结构原理图第3章PLC换热系统的总体方案设计3.1系统功能及技术指标要求3.1.1换热系统的功能该系统是完成将热电厂或锅炉烧制的高温高压热水的热量，由一次网送至各换热站处交换，各分站把一次网的高温高压热水通过板式换热器转换，并将热能传递给二次网中的循环水，再由二次网的水将热能输送至用户处。冷却后的回水再次返回二次网的回水管中。二次网中的循环水由换热站的循环水泵驱动循环流动。换热站的基本控制策略是要保证二次网出水口有一个恒定的预设定温度，其控制设备是换热器二次网循环水泵，该循环水泵控制换热器的二次网供水流速。每个换热站均安装室外温度传感器，预设定温度值是根据室外温度和供热站给定值计算得出的，这个设定温度是随着室外温度的变化而改变的。整个系统实现对而希望的控制，保证热网的水力和热力的平衡，使整个热网能够安全、节能、高效、平稳运行，使热能可以分布均匀，供暖效果稳定有保证。并且能按指定的方式采集各个监测点的数据，显示二次供水温度、二次回水温度、室外温度、流量、二次供水压力、二次回水压力、变频器状态、泵的状态（启/停、泵速、故障报警）。另外在系统出现故障时及时显示报警，并可进行手动和自动的切换控制及二次供水温度自动控制。3.1.2系统控制指标要求系统控制指标见表3-1所示。表3-1系统控制指标控制任务系统技术要求二次网温度控制20℃-60℃管道水压控制0.2-0.35MPA系统电源电压控制220VAC、24VDC、5VDC3.2总体方案设计根据控制任务及要求，主要采用PLC-200，PPI通讯技术及触摸屏技术构建了该套控制系统，总体方案如图3-1所示。图3-1系统总体方案设计图根据设计所需的控制任务，采用西门子S7-CPU226控制器构建了整套控制系统，PLC通过扫描传感器端口获取信息并控制电动阀的开度、指示灯的开断及控制水泵的运行和各零部件的工作。第4章系统的硬件设计与研究4.1系统硬件的选型4.1.1控制器及其扩展模块的选型换热控制系统的控制器选用了可编程序控制器（Programmablecontroller）简称PLC，它的可靠性高、环境适应性强、灵活通用、使用方便、维护简单，在应用领域迅速扩大，凡是需要控制系统存在的地方几乎都需要PLC。目前，PLC在国内外已被广泛应用于各个行业。选择正确的PLC是本次设计的关键之一，本设计采用的是西门子S7-200CPU226H。CPU226H是中国深圳合信公司在西门子S7-CPU226的基础上进行二次开发所得到的，是晶体管输出型CPU具有以下参数：14个数字量输入口和10个数字量输出口；DC24V电源输入和输出，200KHz高速脉冲输出和高速脉冲计数；1个PPI，2个自由口；4个脉冲输出口，支持相对定位和两轴直线插补和圆弧插补功能。并且各方性能完全能够适用于很多复杂的中小型控制系统。西门子PLC的优点：上世纪50年代末世界上第一台西门子PLC诞生了,迄今为止该技术已经发展了将近60年。作为领先世界的PLC生产厂商,西门子PLC具有其他PLC都无法比肩的巨大优势。据统计,现在中国的工业控制中使用的PLC中，使用德国西门子系列PLC的占总量的近一半。西门子的厂商也在我国有完备的技术支持服务,且不管是网络上还是书籍方面都有足够多的资料可以供使用者自己学习和研究，很大程度上简化了系统的完善和改进难度。西门子PLC的编程理念采用的是模块化的方式，各个控制程序都由若干子程序构成，每个子程序负责一个功能。我们能够根据自身需求在实际的操作控制过程中灵活地增加或改动各个子程序,再添加到主程序里去组织调用即可。这一理念大大提高了设计过程中的程序调试及故障排查的效率[5]。具体的PLC及其扩展模块见表4-1。表4-1PLC与扩展模块选型表订货号名称机架插槽规格参数技术参数216-1A34-1B24CPU226HDC/DC/DC14DI/10DO中央机架0024VCD电源，6路高速脉冲，都高达200KHz；支持外部电池和存储卡3个通讯口，功耗9W；2个1ms分辨率时间中断235-0KD32EM235A14/AQ1中央机架01EM235模拟量混合输入输出模块，4点输入/1点输出，电压电流型，光耦隔离。差分输入，功耗2W；输入电流5uA，12位AD转换分辨率4.1.2执行器的选型1.换热器的选型板式换热器是由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成的一种高效换热器。换热器的各板片之间形成许多小流通断面的流道,通过板片进行热量交换,它与常规的壳管式换热器相比,在相同的流动阻力和泵功率消耗情况下,其传热系数要高出很多。近年来,板式换热器技术日益成熟,其传热效率高、体积小、重量轻、污垢系数低、拆卸方便、板片品种多、适用范围广,在各个行业得到了广泛应用。本次设计选用的是韩国东一钎焊板式换热器，该换热器采用韩国东一换热器生产工艺，选用食品级高纯度304不锈钢材质，耐腐蚀、永不生锈。涡流水通道设计，换热性能卓越且永不结垢，耐高温，耐高压，最大承压1.6MPa。2.水泵的选型泵的选型原则：所选泵的性能要符合装置吸程扬程、流量、温度等一些工艺参数；机械方面噪音小、震动低；经济上低成本且简单便捷。本设计对泵的要求并不是很高，选用了4分压力开关型24VCY-CQH26A水泵。3.电动阀的选型电动阀简单地说就是用电动执行器控制阀门，从而实现阀门的开和关。其可分为上下两部分，上半部分为电动执行器，下半部分为阀门，也可叫空调阀。电动阀是自控阀门中的高端产品，它不仅可以实现开关作用，调节型电动阀还可以实现阀位调节功能。根据整体设计的需求本设计选用CWX-60P角度调节阀，可进行角度的调节。管径选用DN8-DN14（2分-4分）。该型号体积小巧，全金属齿轮传动机构，性能可靠，输出扭矩大，使用寿命长；执行器和阀门可以多角度装配，方便于对于空间的分配需求；球阀采用浮动密封结构，无滴漏，适用于重污垢及长期无动作的场合；防护等级可达到IP65，可在相对潮湿的环境中使用。4.继电器的选型继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统和被控制系统即输入回路和输出回路，通常在自动控制电路中应用，实际上它是用较低的电较压、较小的电流去控制较高电压、较大电流的一种自动开关。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。继电器可以实现自动化控制和远距离控制，只需在线圈的两端加上一定的电压，线圈中就会有一定的电流流过，产生电磁效应，在电磁力吸引下衔铁就会克服弹簧返回的拉力吸向铁芯，由此带动衔铁的静触点与动触点即敞开触点吸合。当线圈断电后，电磁吸力消失，在弹簧的反作用力下衔铁返回原来的位置，动触点与原来常闭触点（即静触点）分离。这样的吸合、分离，实现了电路中通、断的目的。区分继电器的常开和常闭触点，可以用以下方法：线圈在没有通电情况下为断开状态的静触点为常开触点；处于联通状态下的静触点即为常闭触点。本设计中所需的继电器选用CHNT/正泰JZX-22F(D)/4Z继电器即可满足需求。系统选用的基本执行机构的选型表见表4-2。表4-2基本执行机构选型表序号名称型号1板式换热器24层加厚宽流道同侧6分口2水泵CY-CQH26A3电动阀CWX-60P4继电器CHNT/正泰JZX-22F(D)/4Z4.1.3传感器的选型传感器为检测装置，能感受到物体即被测量的信息，能将感受到的信息，按一定的规律变换成电信号或以其他所需的形式信息输出，用来满足信息的处理、传输、显示、储存、控制和记录等要求。对于传感器它是实现自动控制与检测的重要环节。传感器的存在与发展，让物体有了如同人类的五感，让物体能够检测到各种人类所能检测的特定感官，使冰冷的物体更加人性化，传感器通过其所能感知功能大致分为光敏、气敏、湿敏、力敏、磁敏等十大类1.温度传感器工业用热电阻分为铂热电阻和铜热电阻两大类。本设计选用温度传感器为WZPPT100型铂电阻。WZPPT100型铂电阻的感温工件是是一个铂丝绕组，即双支铂电阻，它主要用于需要用二套显示、记录或调节，同时检测同一地点温度的场合。铂热电阻元件作为一种温度传感器，其工作原理是在温度的影响下，随温度的改变铂电阻丝的电阻值也会随之改变。温度与电阻值之间关系大致为线性，偏差极小且随时间增加近乎为零，有稳定的电气性能及可靠性[6]。PT100参数：（1）PT100最大测温范围为-200℃~600℃。（2）允许偏差。A级为±（0.15+0.002|t|）℃；B级为±（0.30+0.005|t|）℃。2.压力变送器压力变送器（pressuretransmitter）是指以输出为标准信号的压力传感器，是一种接受压力变量按比例转换为标准输出信号的仪表。它能将测压元件传感器感受到的气体、液体等物理压力参数转变成标准的电信号（如4~20mADC等），以供给指示报警仪、记录仪、调节器等二次仪表进行测量、指示和过程调节。综合考虑成本决定选用伊莱科扩散硅压力变送器，根据板式换热器的特性在ELE-801（4-20mA）中选用0-1.6MPa的变送器应用在本设计中。4.1.4开关电源选择开关电源，又称交换式电源、开关变换器，是一种高频化电能电能转换装置。其功能是将一个位准的电压，透过不同形式的架构转换为用户端所需要的电压或电流。主要形式根据输入及输出电压形式不同主要包括：交流-交流（AC/AC）变换器有变频器、变压器；交流-直流（AC/DC）变换器有整流器；直流-交流（DC/AC）变换器有逆变器；还有直流-直流（DC/DC）变换器有电压变换器，电流变换器。本设计用因为cpu控制电流与继电器额定电流为直流24V，所以主要控制电路用到的AC220转到PLC通用直流24V，所以选择的整流器，选用型号为沪工的S-100W-24V开关电源，后来，实际测试发现所选用的驱动电机减速电机在实际的测试时直流24V驱动电机过快和推拉式电磁铁力度过大不利于传动以及传感器的检测，所以特地为驱动电机与推拉式电磁铁独立了一个220V转6V额定为10A的开关电源型号为POWTEKPT-60W-6V[7]。4.1.5变频器的选择本系统的变频器VFD（variablefrequencydrive），选择ABBACS510-01型号的变频器。变频器的主要作用就是把恒频（constantvoltageconstantfrequency，CVCF）的交流电转为变压变频（variablevoltageconstantfrequency，VVVF）的交流电，以满足交流电动机变频调速时的需求。在热交换控制系统中，主要用的是ACS510-01型变频器。变频器的种类很多，通过了解它们的分类，有利于我们认识变频器的性能和区别，以及如何选取变频器。变频器有许多分类方式，但我们通常使用的通用型变频器，大多为交-直-交PWM电压型的变频器。交-直-交的变频器的将频率不变的工频交流电变成直流电，然后再讲直流电逆变成频率、电压均可控制的交流电。其电路主要由整流器、中间直流环节（直流母线）和逆变器组成。4.2硬件资源分配系统硬件分配表见表4-3所示。表4-3系统硬件资源分配表DII0.0启动按钮I1.4补水泵一号热继电器I0.1停止按钮I1.5补水泵二号热继电器I1.0二次侧一号热继电器I1.6二次侧循环水泵变频器I1.1二次侧二号热继电器I2.0补水泵变频器故障DOQ0.0冷水泵Q0.2运行指示灯AIAIW0二次供水温度AIW10二次流量AIW4室外温度AIW12二次频率AIW6二次供水压力AOAQW0一号变频器输出MM0.0系统运行标志M1.1冷水泵运行标志M0.1系统停止标志M1.0热水泵运行标志M0.2系统运行灯标志4.3系统电气部分设计系统电气部分设计主要包括了系统控制面板设计和系统控制图设计和系统控制输入输出图设计。4.3.1系统人机交互控制面板系统人机交互控制面板图如图4-1所示。图4-1系统控制面板图4.3.2主电路原理图设计主电路图包括电源转换电路和控制电路。如图4-2和图4-3所示。图4-2电源转换电路图4-3控制电路利用Eplan软件绘制出电气原理图，其中通过查找各部件的说明书来自学画图方法并将四幅电气图绘制完整。4.3.3PLC输入输出原理图设计PLC输入输出原理图分为系统输入/输出原理图，如图4-4和图4-5所示。图4-4PLC输入原理图图4-5PLC输出原理图第5章系统软件设计5.1PLC编程软件介绍STEP7MicroWIN是本次设计系统选用匹配西门子S7-200的编程软件,Winccflexible是本次设计系统仿真方面选用的编程软件同样也是西门子设计开发的。西门子STEP7编程软件符合IEC61131-3的国际标准,可支持LD、FBD、SCL、ST等多种不同的编程语言。上位机组态软件选择使用WinCC组件,并用PLCSIM组件进行仿真,可完成换热控制系统的全部设置和自我检测和诊断、预测报警等功能。系统还保留一些总线接口,方便程序模块的添加和扩展。STEP-Micro/WIN32是专门为S7-200型PLC设计的，可在个人计算机Windows操作系统下运行的编程软件。CPU通过插在计算机中的CP5511或CP5611通讯卡或PC/PPI电缆与计算机通讯，通过PC/PPI电缆，可以在Windows下实现多主站通讯方式。STEP7-Micro/WIN32提供给用户基本上符合PLC编程语言的国际标准即IEC61131-3的指令集。在调制解调器下可以实现远程编程，用强制输出和单次扫描等方式来进行程序调试和故障诊断[8]。STEP7-Micro/WIN32用户程序结构相对较为简单清晰，而且通过中断程序或调用主程序里的子程序，还可以通过数据块进行变量的初始化设置。用户可以用梯形图（LAD）、语句表（STL）和功能块图（FBD）编程，并且可以互相转换不同的编程语言编制的程序，符号表定义程序里使用变量地址所对应的符号，从而使程序更便于设计和理解。STEP7-Micro/Win32窗口界面如图5-1所示。图5-1SETP7-Micro/Win32界面人机操作界面如图5-2所示。图5-2人机操作界面5.2PLC系统的控制流程S7-200在程序中不断地循环，输出和输入数据。当用户把程序下载到PLC中，并将PLC放置在运行模式时，PLC的中央处理器将会按照以下顺序执行程序：1.S7-200读取输入状态。2.存储在S7-200中的程序使用这些输入评估或者执行控制逻辑。3.当程序结束时，S7-200把程序的逻辑结果储存在被称为进程映像输出寄存器的输出内存区中。4.在程序结束时，S7-200将数据从进程映像输出寄存器写入至域输出。5.重复循环任务。S7-200反复执行一系列任务，该循环执行任务被称为扫描周期[10]。在程序执行过程中，最好使用进程映像寄存器，而不要直接存取输入或输出。使用映像寄存器共有三种原因：1.扫描开始，所有输入取样会使扫描周期的程序执行阶段的输入数值同步化，并冻结这些数值。在程序执行完成后，从映像寄存器更新输出，可为系统提供稳定的效果。2.程序存取映像寄存器的速度远远超过存取I/O点的速度，这样可以更快的执行程序。3.I/O点是位实体，必须作为位或字节存取，可以将映像寄存器作为位、字节、字或双字存取。因此，映像寄存器具有更大的灵活性。A/D转换程序流程图如图5-3所示，D/A转换程序流程图如图5-4所示，正常启泵与故障换泵流程图如图5-5所示，系统的程序总流程图如图5-6所示。图5-3A/D转换程序流程图图5-4D/A转换程序流程图图5-5正常